Jak działa sprężarka tłokowa?

Sprężarka tłokowa – co to za urządzenie?

Sprężarka tłokowa jest jednym z typów sprężarek, stosowanych w układach wentylacyjnych, chłodniczych i klimatyzacyjnych. Mechanizm tego typu sprężarki polega na wykorzystaniu połączonego cylindra i tłoka do zmiany objętości medium, które jest zasysane, sprężone i wyprowadzane. Najprościej mówiąc, sprężarka tłokowa służy do sprężania powietrza oraz innych gazów. Działanie sprężarki tłokowej opiera się na wykorzystaniu pojemników, w których znajdują się tłoki.

Sprężarka jest wykorzystywana w wielu dziedzinach techniki takich jak przemysł stoczniowy, energetyka czy domowa klimatyzacja. Sprężarki tłokowe są produkowane w różnych wielkościach, w zależności od miejsca, w którym będzie stosowana. Dzięki swojej skuteczności, łatwej obsłudze i małym kosztom, sprężarka tłokowa jest jednym z najpopularniejszych i najbardziej wszechstronnych rodzajów sprężarek.

Sprężarka tłokowa – budowa maszyny

Sprężarka tłokowa składa się z następujących elementów: 

• silnik napędzający –  może być zasilany przez gaz, olej, prąd lub inny źródło energii;
• korpus – zapewnia stabilne połączenie wszystkich części i jest wykonany z odpowiedniego materiału, w zależności od zastosowanego medium;
• tłoki – zamontowane na wirniku i wykonane z odpowiednich materiałów, aby wytrzymać wysoką temperaturę, ciśnienie i obciążenia oraz wyposażone w uszczelnienia i łożyska, które pozwalają na płynną i precyzyjną pracę;
• cylinder – został w nim zamontowany tłok, który powoduje ściśnięcie powietrza oraz uszczelnienia i zawory, które są odpowiedzialne za poprawne funkcjonowanie całej maszyny;
• wał korbowy – przekazuje moc na cylinder poprzez korbowód połączony z tłokami i wirnikiem;
• korbowód – ruchomy wałek lub linka, która przekazuje energię z silnika do tłoków;
• suwak – reguluje ilość powietrza w cylindrze, a także precyzuje moment uruchomienia sprężarki;
• tłumik – zmniejsza hałas i drgania powstające podczas pracy.

Sprężarka tłokowa – jak działa?

Sprężarki powietrza tłokowe to mechanizmy pracujące zgodnie z zasadami ruchu tłokowego. Poniżej przedstawiamy szczegółowe działanie sprężarek tłokowych:

• Kompresja – głównym zadaniem ruchu tłoka jest uzyskanie odpowiedniego poziomu kompresji z zamknięciem cylindra. Na początku procesu tłok jest skierowany do góry i przesuwany w dół do dołu cylindra. W wyniku tego tłok wciska powietrze do cylindra, powodując jego gęstnienie. Gęstsze powietrze ma większą energię kinetyczną, umożliwiającą osiągnięcie większej mocy wyjściowej.
• Siły spalin – gdy tłok jest skierowany do góry, jego górna część jest zamknięta. W ten sposób uzyskuje się zamknięty obieg, który zapobiega wymianie powietrza między cylindrem a otoczeniem, co jest konieczne, aby osiągnąć odpowiedni poziom sprężania. Gdy tłok jest przesuwany do dołu cylindra, gorące spaliny są wypychane na zewnątrz przez otwór wydechowy.
• Dwukrotne działanie tłoka –  kiedy tłok jest przesuwany do dołu cylindra, gdzie dochodzi do następowego obiegu sprężania, zamknięty obieg zapobiega wymianie powietrza. Po przesunięciu się do góry, tłok wypycha gorące spaliny na zewnątrz cylindra i przesuwa się do dołu, tworząc kolejny obieg sprężania. 
• Wytwarzanie energii – każdy obieg sprężania powoduje wytwarzanie energii. W tym celu następuje odprowadzanie ciepła ze spalin i konwersja tej energii w energię mechaniczną. Spaliny wypychane są wydechowym otworem, a przemieniona energia mechaniczna jest przekazywana na zewnątrz za pomocą paska napędowego, aby napędzić turbinę czy silnik.

Sprężarka tłokowa jednocylindrowa i wielocylindrowa

Pod względem budowy, sprężarki tłokowe możemy podzielić na:

• Sprężarki jednocylindrowe – większość sprężarek jednocylindrowych jest wyposażona w silnik z zewnętrznym zasilaniem, który napędza tłok. Sprężarki tego typu są również dostępne w wersjach zasilanych elektrycznie lub pneumatycznie. W niektórych sprężarkach jednocylindrowych stosuje się również silniki hydrauliczne. Sprężarki są stosowane w wielu różnych przemysłach takich jak: przemysł samochodowy, lotniczy i stoczniowy.
• Sprężarki wielocylindrowe – służy do zasilania zbiorników z powietrzem sprężonym. Zawór wydechowy utrzymuje określone ciśnienie w cylindrze, a powietrze jest wypychane do zbiornika z powietrzem sprężonym. Sprężarka wielocylindrowa jest wysoce wydajna i zapewnia dużą zdolność produkcyjną. Dodatkowo jest prosta w budowie i łatwa w konserwacji. Może również pracować w szerokim zakresie prędkości obrotowych i wytwarzać wysokie ciśnienie.

Sprężarka tłokowa jednostopniowa i wielostopniowa

Sprężarki tłokowe można podzielić również pod względem przebiegu pracy sprężania na:

• Sprężarki jednostopniowe – wykorzystują energię mechaniczną, aby zwiększyć ciśnienie gazu. Zasadniczo składają się z dwóch wałków, z których jeden jest napędzany silnikiem, a drugi jest wolny. Gdy wałek napędzany jest obracany, powietrze wchodzi do wnętrza przez otwór wejściowy. Gaz podnosi się w górę w cylindrze, w którym jest mieszana, aby zwiększyć jego objętość, a następnie wychodzi z cylindra za pomocą otworu wyjściowego. W ten sposób możliwe jest zwiększenie ciśnienia gazu i zwiększenie jego wydajności. Sprężarki jednostopniowe są najczęściej stosowane w miejscach, w których wymagany jest niski poziom hałasu i niskie koszty eksploatacji.
• Sprężarki wielostopniowe – są używane do wytwarzania wysokiego ciśnienia. Mają kilka oddzielnych komór, które są połączone ze sobą za pomocą wałka napędzanego silnikiem elektrycznym lub spalinowym. Każda z komór różni się od siebie, dostarczając coraz wyższe ciśnienie. Sprężarki wielostopniowe są szeroko używane w energetyce, przemyśle lotniczym i kosmicznym, a także w produkcji żywności. Są w stanie wytwarzać wysokie ciśnienie i są bardziej efektywne niż ich jednostopniowe odpowiedniki, ponieważ są w stanie efektywnie wykorzystywać energię i zmniejszać straty ciepła.